Технологическое оборудование машиностроительных производств (Схиртладзе, 2002)

Рис. 38. Гидростатическая передача винт-гайка:

/ — насос, 2— обратный клапан, J— фильтр, 4, 5— дроссель, 6— гайка, 7 — ходовой винт

3 fWWU

а

г) ^

с-

Рис. 39. Кулачковые механизмы

связан с ведомым элементом 3 или с промежуточной подачей, напри­ мер, в виде рычага ^ (рис. 39, г). Величину скорости движения рабочего органа можно регулировать путем изменения числа оборотов кулачка или угла подъема его рабочей поверхности.

Кривошипно-шатунный механизм (рис. 40, а) преобразует враща-

60

тельное движение ведущего звена в возвратно-поступа­ тельное движение ведомого звена, и наоборот. Криво­ шипно-шатунный механизм состоит из кривошипа, ша­ туна и ползуна. Кривошип является ведущим звеном и представляет собой палец 7, находящийся на расстоянии г от оси, вокруг которой он вращается, и связанный с этой осью стержнем или ди­ ском.

Ползун 4 — ведомое зве­ но, совершающее возврат­ но-поступательное движе­ ние. Шатун 3 шарнирно со­ единен с кривошипом и пол­ зуном. Ход ползуна равен 2г,

поэтому в конструкции кривошипа предусматривают радиальный паз для регулировки положения пальца. Регулируя длину шатуна, меняют величину хода, т. е. сдвигают крайние положения ползуна.

Одним из разновидностей кривошипно-шатунного механизма яв­ ляется кулисный механизм (рис. 40, б). Кулисный механизм состоит из кулисы 3, ползуна 4, кулисного камня 2 и ведущего кривошипа 7. При вращении кривошипа кулиса качается, а ползун движется воз­ вратно-поступательно. Кулисный механизм отличается большой быс­ троходностью, достаточно плавным реверсированием хода. Число двойных ходов ползуна равно числу оборотов кривошипа, а длина хода ползуна зависит от амплитуды качания кулисы. Ее можно устанавли­ вать изменением длины кривошипа. Используется данный механизм в приводе главного движения поперечно-строгальных или долбежных станков.

Механизмы периодического движения. К механизмам периодиче­ ского движения, используемым в станкостроении, относятся храповые и мальтийские механизмы. Храповые механизмы применяют в тех случаях, когда необходимо осуществить прерывистое движение рабо­ чих органов в течение коротких промежутков времени, а мальтийские механизмы — для периодического поворота через длительные отрезки времени.

На рис. 41, а показана схема храпового механизма с наружным зацеплением. Собачка 7, получая касательное движение, захватывает

61

в)

Рис. 41. Храповой механизм с наружным (а) и внутренним (б) зацеплением, мальтийский механизм (в)

зубья храпового колеса 2 и поворачивает его вокруг оси вала /в одном направлении. Возвращаясь в исходное положение, собачка проскаль­ зывает по зубьям колеса, и последнее остается в покое. Схема храпового механизма с внутренним зацеплением показана на рис. 41,6^. Собачка / установлена на диске J, вал которого совершает качательное движе­ ние. При этом собачка 7 захватывает зубья храпового колеса 2 и периодически вращает его также в одну сторону.

Мальтийский механизм, показанный на рис. 41, в, состоит из кривошипа 1 с цевкой 2 на конце и диска 3, имеющего радиальные пазы. Кривошип вращается непрерывно.В определенный момент цевка входит в паз и, повернувшись на угол 2р вместе с диском J, выходит из него. Диск 3 останавливается до попадания цевки 2 в следующий паз.

Условия безударной работы требуют, чтобы скорость цевки при заходе ее в паз диска совпадала с направлением последнего. Эта возможно, если угол у = п/2. Угол поворота диска 2а = 2я/Д где Z— число пазов диска. Угол поворота кривошипа 2р = я — 2а. Подставляя в это равенство значение 2а, получим 2(3 = TI — (2n/Z) = 7i(Z— 2/2).

Если п — число оборотов кривошипа в минуту. Г— время поворота диска в минутах на угол 2а, а кривошипа — на угол 2р, то поворот вала кривошипа на угол 2п совершается за 1/п мин, а поворот на угол 2р — за Т= ((2р/2я)1/л) мин. Отсюда число оборотов кривошипа в минуту п = РА Г. Подставляя значение р, получим л = (р — 2)/2Г.

62

1.3. ОБЩАЯ МЕТОДИКА НАЛАДКИ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ

Уравнение кинематического баланса. Для большинства метал­ лообрабатывающих станков независимо от их сложности методика наладки одинакова. Она заключается в сообщении исполнительным органам станка согласованных друг с другом движений для изготовле­ ния деталей.

Процесс наладки станка требует расчета передаточных отношений органа, наладки скоростей для получения заданной частоты вращения шпинделя и передаточных отношений органов наладки цепей для осуществления необходимых подач (подачи).

Для этих целей намечают расчетные кинематические цепи, состав­ ляют расчетные перемещения конечных звеньев этих цепей и уравне­ ния кинематического баланса, из которых выводят формулы наладки цепей.

Уравнением кинематического баланса называют уравнение, связы­ вающее расчетные перемещения конечных звеньев кинематической цепи. Это уравнение служит основой для определения передаточных отношений органа наладки. Конечные звенья могут иметь как враща­ тельное, так и прямолинейное движение. Если оба конечных звена вращаются, то расчетные перемещения этих звеньев условно записы­ вают следующим образом: ЛнМин"^ -> ЛкMин"^ Стрелка в этой записи заменяет слово «соответствует». По этим расчетным перемещениям составляют уравнения кинематического баланса данных кинематиче­ ских цепей: л„ • /пост • 4 = ЛкМин"\ где Лк — частота вращения в минуту конечного звена органа наладки; Лн — частота вращения в минуту начального звена органа наладки; /'пост — постоянное передаточное отношение органа наладки; 4 — искомое передаточное отношение органа наладки.

Решая уравнения кинематического баланса относительно 4, полу­ чим формулы наладки рассматриваемых кинематических цепей.

Если одно из конечных звеньев в кинематической цепи имеет вращательное движение, а другое — прямолинейное, то при подаче, выраженной в миллиметрах на один оборот начального звена, расчет­ ные перемещения можно записать: 1 оборот начального звена -> дУмм продольного перемещения конечного звена. Уравнение кинематиче­ ского баланса будет иметь вид: 1 оборот начального звена /пост • 4 • 1 = =5, где S —• перемещение кинематической пары, преобразующей вра­ щательное движение в прямолинейное (например, перемещение гайки за один оборот винта), мм; 1 = Z • /\ (здесь Z— число заходов винта; Рв — шаг винта, мм).

При наладке станков в общем случае необходимо:

1. По технологическому процессу изготовления детали установить характер движений в станке и их взаимосвязь;

2. Определить все кинематические цепи, по которым будет осуще­ ствляться необходимое для этого движение;

63

т

Рис. 42. Схема двухпарной гитары

3.Составить соответствующие уравнения кинематических цепей, связывающих попарно рабочие органы станка;

4.По полученным передаточным отношениям вычислить и подо­ брать сменные зубчатые колеса и т. п.

При составлении уравнения кинематической цепи безразлично, в каком порядке рассматривается данная кинематическая цепь — от первого элемента ее (считая в направлении передачи движения) к последнему звену или наоборот, от последнего звена к первому.

У некоторых металлообрабатывающих станков для наладки кине­ матических цепей применяют устройства, называемые «гитары». В ос­ новном металлорежущих станках встречаются двухпарные гитары, лишь в редких случаях, когда необходимы особенно малые передаточ­ ные отношения или требуется особенно высокая точность подбора этих отношений, используют трехпарную гитару.

На рис. 42 показана схема двухпарной гитары. Расстояние А между ведущим 1 (колеса а) и ведомым 2 (колеса Ь) валами неизменно. На ведомом валу свободно посажен «приклон» 3 гитары. В приклоне имеются радиальный и дуговой пазы. В радиальном пазу закреплена ось 4 колес «Ь» и «с». Перемещая ось вдоль паза, можно менять расстояние В между колесами «с» и «d». Дуговой паз в приклоне позволяет изменять расстояние между колесами «а» и «Ь» при повороте приклона на валу 2. В требуемом положении приклон закрепляют болтом 5. Чтобы подобранные зубчатые колеса могли переместиться на гитаре и не упирались во втулки валиков зубчатых колес, необходимо соблюдать следующие условия зацепляемости: а = />>с+15...20мм; c+rf>6+ 15...22 мм. Необходимо также, чтобы 0,2</<2,8. Суммы

64

чисел сопряженных колес не должны превышать допустимого значе­ ния, определяемого конструкцией и размерами места, отведенного для размещения гитары на станке. Нормальные комплекты сменных зуб­ чатых колес приведены в табл. 5. Суш^ествует несколько способов подбора чисел зубьев сменных зубчатых колес.

Способ разложения на простые множители применяют в том случае, если на них можно разложить числитель и знаменатель пере­ даточного отношения, полученного по уравнению наладки. Произведя разложение, сокращают дробь или вводят дополнительные множители, комбинируя их так, чтобы получить выражение дроби через числа зубьев, имеющихся в комплекте сменных колес.

Способ замены часто встречающихся чисел приближенными дробями заключается в том, что часто встречающиеся числа я; 25,4; я/25,4 и 25,4я заменяют приближенными величинами, дающими возможность с доста­ точной точностью получить передаточные отношения. Этот метод при­ меняют на токарно-винторезных станках при необходимости нарезания модульной или питчевой резьбы, а также при нарезании дюймовой резьбы при отсутствии в наборе колеса с числом зубьев Z= 127.

Логарифмический способ основан на том, что находят логарифм передаточного отношения (если передаточное отношение имеет вид неправильной дроби), берут логарифм величины обратной передаточ­ ному отношению, и по соответствующей таблице (таблица В.А. Шиш­ кова) определяют числа зубьев сменных зубчатых колес. Этот способ основан на принципе логарифмирования передаточного отношения и дает зубчатые колеса, кратные пяти, с весьма малой ошибкой. Пере­ даточное отношение зубчатых колес гитары / = {а/Ъ) • (c/d) после ло­ гарифмирования имеет вид: Ig/ = \%ас — \%bd (табл. 5).

Метод подбора чисел зубьев на логарифмической линейке. Край движка логарифмической линейки устанавливают против числа, соот­ ветствующего передаточному отношению; передвигая визир, находят риски, совпадающие на движке и на линейке. Риски должны соответ­ ствовать целым числам, которые дают при делении значение переда­ точного отношения. Затем подбирают числа зубьев сменных зубчатых колес. Этот способ подбора колес при нарезании резьб применять, как правило, нельзя, так как его трчность обычно невысока.

Подбор чисел зубьев по таблицам М.В. Сандакова. Очень часто передаточные отношения содержат дробные числа в числителе и знаменателе или множители, не кратные набору колес. В этом случае удобно подбирать числа зубьев зубчатых колес по таблицам М.В. Сан­ дакова, содержащим до 100 000 передаточных отношений. Заданное передаточное отношение в виде простой правильной дроби, неудобной для преобразования, нужно прежде всего превратить в десятичную дробь с шестью знаками после запятой. Если дробь неправильная, то необходимо разделить ее знаменатель на числитель, чтобы получить десятичную дробь меньше единицы. После этого в таблице находят десятичную дробь, равную полученной, или ближайшую к ней, а рядом

— соответствующую ей простую дробь. Получив простую дробь, числа

65

зубьев сменных колес подбирают обычным способом: например, / = =223/137, откуда 1// = 137/223 = 0,614346. Из таблицы М.В. Сандакова имеем значение 0,614346, равное 728/1185. Ввиду того, что у переда­ точного отношения перед обращением его в десятичную дробь числи­ тель и знаменатель поменяли местами, у приближенного числа делают то же самое. Тогда / = 223/137 = 1185/728 = (3 х 5 х 79)/(2 х 2 х 2 х 7 х х13) = (60/56) X (79/52). Подобранные колеса имеются в наборе ддя затыловочных станков.

5. Нормальные комплекты сменных зубчатых колес для станков различных типов

66

Способ Кнаппе. Этот способ основан на том, что к числителю и знаменателю дробей, близких к единице, можно прибавлять или вычитать из них число единиц без существенного изменения величины дроби. Пусть /= 111/335. Разделив эту дробь, получим примерно 1/3, тогда можно записать / = 111/335 = (1/3) х (3 х 111/335) = 1/3(333/335). Получим множитель в виде дроби 333/335, близкий к единице. Поль­ зуясь названным правилом, можно записать

/ = (1/3)(333/335) = (1/3) X (333 - 3)/(335 ~ 3) = (1/3) х (330/332). Получим дробь, легко разлагающуюся на сомножители. Теперь, поль­ зуясь ранее рассмотренным способом, подберем зубчатые колеса:

/= (1/3) X (330/332) = (1/3) X (2 X 3 X 5 X 11)/(2 х 2 х 83) = (30/60)х X (55/83). Этот метод рекомендуется применять при отсутствии таблиц, специально предназначенных для подбора сменных колес. Он удобен также при подборе трехпарных гитар.

1.4. ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩИХ СТАНКОВ

Для привода главного движения необходимо использовать макси­ мальную мощность для обеспечения необходимых скоростей резания, поэтому неизбежным оказывается наличие коробки передач. Если диапазон частот вращения шпинделя велик, коробки передач получа-

67

ются сложными, применение асинхронных электродвигателей с элек­ трическим переключением скоростей (одна-три, а иногда и четыре скорости) значительно упрощает коробки передач станков. Однако асинхронные электродвигатели с переключением скоростей обладают постоянным моментом на разных скоростях, что приводит к плохому использованию их на малых скоростях.

В связи с таким использованием электродвигателей постоянного тока, частоты вращения которых в достаточно широких пределах могут регулироваться при постоянной мощности и непрерывном диапазоне скоростей за счет регулирования поля возбуждения путем его ослаб­ ления, оказывается более предпочтительным, так как значительно упрощает коробку передач, являющуюся самым сложным узлом станка. В этом случае коробка передач может иметь всего три-четыре ступени скорости, а иногда и две. При этом электродвигатель должен иметь возможность регулировать свою частоту вращения при постоянной мощности за счет ослабления магнитного поля в 3—4 раза. Так как электродвигатели главного движения обеспечивают постоянную задан­ ную скорость, независимую от нагрузки, изменяющуюся в широких пределах, они должны иметь высокую жесткость механических харак­ теристик, которая может изменяться при ослаблении магнитного поля возбуждения. В противном случае невозможна устойчивая работа привода.

Естественная механическая характеристика современных электро­ приводов при нормальном поле возбуждения обычно обладает доста­ точной жесткостью (падение частоты вращения при полной нагрузке не превышает 3—5 %).

Особенностью приводов главного движения помимо их больших мощностей по сравнению с приводами подач является их работа при значительно изменяющихся инерационных моментах нагрузки при переключении коробок скоростей, что создает определенные трудности при стабилизации таких приводов. Эти трудности еще более возрастают при необходимости в некоторых случаях обеспечить ориентацию уг­ лового положения шпинделя с помощью электродвигателя в станках с автоматической сменой инструмента.

Можно применять главный привод в режиме следящего движения, используя его при нарезании резьбы резцом с помощью плансуппорта или фрезы. Этот метод нарезания резьбы используется в некоторых сериях станков. В силу больших инерционных нагрузок на электро­ двигатель главных приводов достаточно большой мощности требуется большее время разгона и торможения, чтобы избежать перегрузок электродвигателя по току. Для гарантии безопасного разгона и тормо­ жения применяют сложные схемы ограничения по току, обеспечива­ ющие заданный закон разгона и торможения.

Систему управления приводом главного движения для станков с ЧПУ часто оформляется в виде отдельного узла, включающего два

68

равления содержит схе­ му управления автоматизированной коробкой скоростей станка с

необходимыми блокировками.

В станках, имеющих регулируемые электроприводы главного дви­ жения, управляемые от тиристорных преобразователей, ориентация шпинделя может осуществляться в следящем режиме, для чего со шпинделем кинематически связывается какой-либо датчик углового перемещения. Такой метод ориентации значительно упрощает как электронную схему управления ориентацией, так и конструкцию шпиндельного узла.

Приближенно момент асинхронного электродвигателя М- =2M^{S/S^) + (SyJS), где М^ — критический (наибольший нагрузоч­ ный) момент электродвигателя; «Я — критическое скольжение, соот­ ветствующее моменту Л/к.

Механические характеристики асинхронного электродвигателя, по­ строенные по формуле крутящего момента, показаны на рис. 43. При ^0 = О момент М= 0. Этот случай синхронного вращения соответствует идеальному холостому ходу машины. В первый момент пуска электро­ двигателя, когда ротор неподвижен и 5* = 1, электродвигатель развивает пусковой (начальный) момент Л/п, который больше номинального момента Л/„. Значение Л/к и 51с определяет критическую точку (макси­ мум) механической характеристики. Точка А соответствует номиналь­ ной нагрузке.

Участок характеристики от точки идеального холостого хода до критической точки называют рабочей частью механической характе­ ристики. Только на этом участке возможна устойчивая работа асинх­ ронного электродвигателя при нагрузке. Номинальное скольжение зависит от номинальной мощности, типа электродвигателя и находится

69